超声速湍流流动、燃烧的建模与大涡模拟

前言

第1章 引言

1.1 超声速湍流流动、燃烧及其数值模拟的特点

1.1.1 超声速湍流流动

1.1.2 超声速气流中的雾化以及两相流动

1.1.3 超声速气流中的化学非平衡流动

1.1.4 超声速湍流燃烧

1.2 超声速湍流流动、燃烧的大涡模拟

1.2.1 超声速湍流流动的大涡模拟

1.2.2 超声速湍流燃烧的大涡模拟

1.3 化学反应流大涡模拟控制方程

1.3.1 化学反应流Navier-Stokes(N-S)方程

1.3.2 滤波函数与Favre平均

1.3.3 大涡模拟控制方程

1.3.4 湍流流动亚格子模型

1.4 本书的主要内容

参考文献

第2章 混合RANS/LES方法

2.1 混合RANS/LES方法综述

2.1.1 混合RANS/LES方法的研究背景与意义

2.1.2 混合RANS/LES方法发展现状及分类

2.2 混合RANS/LES的分析与改进

2.2.1 加权平均型RANS/LES方法的理论分析

2.2.2 混合模拟方法的改进

2.3 适用于混合RANS/LES方法的入口脉动边界条件生成

2.3.1 常用的入口湍流脉动生成方法

2.3.2 各种入口湍流脉动生成方法的评述

2.3.3 “回收/调节”方法在混合RANS/LES模拟中的验证与应用

2.3.4 “回收/调节”方法中的若干问题与应用评述

2.4 动态压力汇方法

2.4.1 MSD问题解决方法

2.4.2 控制方程及压力汇方法

2.4.3 模型选择及算例参考

参考文献

第3章 超声速气流中的雾化以及两相流模拟

3.1 超声速气流中液滴与射流破碎过程的数值模拟

3.1.1 界面模拟方法研究综述

3.1.2 LS界面模拟方法研究

3.1.3 界面虚拟流体技术

3.1.4 超声速气流中液体射流破碎的模拟算例

3.2 超声速两相流的大涡模拟

3.2.1 建模方法与基本假设

3.2.2 两相的耦合方法

3.2.3 液滴运动模拟

3.2.4 考虑液滴蒸发的两相大涡模拟

3.3 特殊的数值处理方法

3.3.1 坐标系间的数据交换

3.3.2 双线性插值方法

3.3.3 三线性插值方法

3.3.4 三线性插值方法的替代

参考文献

第4章 超声速流动化学非平衡流计算

4.1 化学非平衡流的刚性

4.2 化学非平衡流解耦方法介绍及验证

4.2.1 控制方程

4.2.2 解耦方法介绍

4.2.3 化学反应机理处理方法

4.2.4 钝头体激波诱导振荡燃烧

4.2.5 采用不同化学反应源项处理方法的胞格爆震数值研究

4.3 化学非平衡流的解耦型双时间尺度计算方法

4.3.1 流动求解的隐式双时间步方法

4.3.2 构造时间离散项的“源项消去”法

4.3.3 计算验证及分析

4.4 化学非平衡流解耦方法在超声速燃烧中的应用

4.4.1 DLR氢气支板喷注超声速燃烧模拟

4.4.2 超燃燃烧室内稳焰凹腔上游燃料横向喷注燃烧的火焰特征

4.4.3 带凹腔超燃燃烧室内燃烧振荡的数值研究

参考文献

第5章 超声速湍流燃烧火焰面模型

5.1 层流扩散火焰面理论

5.1.1 层流对撞扩散火焰基本物理结构

5.1.2 层流对撞扩散火焰结构的数学描述

5.1.3 层流火焰面数据库的生成

5.2 湍流燃烧火焰面模型

5.2.1 火焰面模型合理性验证

5.2.2 湍流火焰中平均热力学参数的计算

5.2.3 湍流燃烧火焰面数据库的生成

5.3 超声速湍流燃烧火焰面模型研究现状

5.3.1 超声速流中火焰面模型的适用性问题

5.3.2 超声速流中火焰面模型的修正

5.4 超声速湍流燃烧火焰面模式判别

5.4.1 湍流流动特征尺度的计算

5.4.2 湍流脉动与火焰面之间的相互作用

5.4.3 超声速湍流燃烧火焰面模型描述的合理性分析

5.5 超声速湍流燃烧稳态火焰面模型

5.5.1 火焰面模型与混合RANS/LES方法的结合

5.5.2 算例验证

5.6 超声速湍流燃烧火焰面/进度标量模型

5.6.1 火焰面/进度变量模型的理论基础

5.6.2 进度变量的定义

5.6.3 火焰面/进度变量模型的物理描述

5.6.4 超声速湍流燃烧火焰面/进度变量模型

参考文献

第6章 基于PDF模型的超声速湍流燃烧计算

6.1 输运型PDF方法

6.2.1 输运型PDF方法的基本思想

6.2.2 输运型PDF方法的发展历程

6.2.3 输运型PDF的封闭模型

6.2.4 输运型PDF方法中亟待解决的问题

6.2.5 LES/FMDF模型及应用

6.2.6 输运型PDF的应用前景

6.3 设定型PDF方法及其应用实例

6.3.1 设定型PDF的基本思想

6.3.2 设定型PDF的研究现状

6.3.3 LES/设定型亚格子PDF模型的构造过程

6.3.4 一种基于设定型PDF模型的半隐式方法

6.3.5 LES/设定型亚格子PDF模型应用实例

参考文献

《超声速湍流流动燃烧的建模与大涡模拟》系统论述了将LES方法应用于多种复杂超声速湍流流动及燃烧的建模与实践，针对各种流场特征介绍了相应的数值方法和数学物理模型，同时附上了丰富的算例验证和分析，旨在为读者提供一整套从理论到实践的、可供参考的方法和模型。本书是作者及其课题组成员长期从事超声速湍流流动、燃烧建模与大涡模拟研究的成果总结。本书由王振国，孙明波著。《超声速湍流流动、燃烧的建模与大涡模拟》围绕超声速流动、燃烧过程的建模与大涡模拟进行介绍，首先介绍针对超声速流动模拟常见的混合RANS/LES方法，其次介绍超声速条件下的雾化以及两相流动，最后介绍超声速流动中的化学非平衡流以及超声速燃烧建模的问题。《超声速湍流流动、燃烧的建模与大涡模拟》可供高等院校流体力学、传热学专业的高年级本科生、研究生阅读，也可供从事计算流体力学、计算燃烧学领域的研究人员参考。